第二章电路实验-实验8

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1、2.8实验八正弦交流电路中元器件参数测量一、实验目的（1）学会交流电流表，相位表和功率表的正确使用方法。（2）学会用实验方法测量交流电路中的元器件参数，学会根据测量数据计算出元件参数。（3）加深对阻抗、阻抗角和相位角等概念的理解。二、实验仪器名称型号规格数量电路实验箱HPE-DL11个九孔方板297*300mm1块P8-I双头导线1m6条连接件P8-I双头导线0.2m6条短接片6个电阻（15Ω，3mH）1个元件盒电感线圈（25mH，4Ω）1个电容（200μF，1Ω）1个函数信号发生器EE1641B1台台式数字万用表GDM-81351台三、实验原理交流电路中常用的

2、无源元件有电阻器、电感器和电容器。电感线圈是由导线绕制成的，必然存在一定的电阻R，因此电感线圈的模型可用电感LL和电阻R来表示。电容器则因其介质在交变电场作用下有能量损耗或有漏电，可用电容LC和电阻R作为电容器的电路模型。线绕电阻器是用导线绕制而成的,存在一定的电感L，C可用电阻R和电感L作为电阻器的电路模型。图2.8.1是它们的串联电路模型。图2.8.1电阻器、电感器和电容器的串联电路模拟根据阻抗与导纳的等效变换关系可知，电阻与电抗串联的阻抗，可以用电导G和电纳B并联的等效电路代替，由此可知电阻器、电感线圈和电容器的并联电路模型如图2.8.2所示。图2.8

3、.2电阻器、电感器和电容器的并联电路模拟值得指出的是：在直流电路的实验中，用台式数字万用表的欧姆挡可测电阻值，那么是否可以用万用电表的欧姆挡来直接测出各元件(R、L、C)的电阻值呢？我们说，对电阻器和电感线圈可用万用电表的欧姆挡测得某值，但这值是直流电阻而不是交流电阻(且频率越高两者差别越大)；而在电容器模型中，R也不是用万用电表欧姆挡测出的电阻，它是用来C反映交流电通过电容器时的损耗，需要通过交流测量得出。在工频交流电路中的电阻器、电感线圈、电容器的参数，可用下列方法测量。1、元件参数的测量（1）相位表法测量元件参数图2.8.3为相位表法测量元件参数的电路图：

4、图2.8.3相位表法测量元件参数在相位表法中，电压超前电流的角度可以直接从相位表中读出，再分别读出电压值U和电流值I，同理可得元件的阻抗模UZI等效电阻为RZcos等效电抗为2XZsinZ1cos（2）三表法测量元件参数在交流电路中，可以利用交流电流表、交流电压表和功率表分别测量出元件两端的电压U，流过元件的电流I，以及元件所消耗的有功功率P。如图2.8.4所示：图2.8.4三表法测量元件参数电流表读数为I，电压表读数为U，功率表读出的有功功率为P。在电路中，待测阻抗Z为?̇??==∠?=?+???̇?有功功率为2PUIcosIR因此得出

5、功率因数PcosUI待测阻抗的模UZI故有，等效电阻PRZcos2I等效电抗X2XZsinZ1cos对于电感元件：XL，对于电容元件：X1C。这种通过测量U、I和P计算元件参数的测量方法简称为三表法。在测量“黑盒”内的未知元件时，三表法无法确定被测元件是感性还是容性，这时可以通过用示波器观察元件的电压与电流的相位关系确定，如图2.8.5所示，图2.8.5用示波器判断元件属性电流相位可通过串联一小电阻r，转化为电压输入示波器CH2端。如果电压超前电流，则元件为感性；否则，元件为容性。同时可以读出电压、电流之间相位差在水平轴上所占

6、格数m，计算出电压、电流之间的相位角mTn图2.8.6元件的u、i相位关系其中，n为电压（或电流）波形一个周期在水平轴上所占格数，T为电压（或电流）波形的周期。2、元件阻抗与频率的关系（1）在较低频率下，可忽略电阻元件的电感与电容效应，将其看作纯电阻。其电压与电流的关系为URI，电阻R不随频率改变而改变。（2）电容元件在低频情况下，可忽略其附加电感和电容极间介质的功率损耗，认为只有电容C，其电抗为X1C。可见随频率升高，容抗的绝对值会下降。（3）电感元件在忽略其导线电阻的情况下，可认为是纯电感L，其电抗XL。可见，随着频率升高，感抗会变大，如图

7、2.8.7所示图2.8.7元件阻抗与频率的关系四、任务与步骤1、元件参数的测量步骤1：相位表测量元件参数将交流稳压电源的输出调为零，按图2.8.3连接电路，Z分别使用电阻元件，电感元件和电容元件，调整交流稳压电源的电压输出，使?=0.5A，分别测量U和填入表2.8.1中。表2.8.1I（A）U（V）(°)电感线圈0.5电容元件0.5电阻元件0.5步骤2：三表法测量元件参数将交流稳压电源的输出调为零，按图2.8.4连接电路，Z分别使用电阻元件，电感元件和电容元件，调整交流稳压电源，使?=0.5A，分别测量U和P填入表2.8.2中。表2.8.2I（A）U（V）P

8、（W）电感线圈0.5电容